太阳能与建筑一体化
摘要:能源是一个国家的命脉,减少耗能,走能源可持续发展道路是当今中国必选之路。
文章透过介绍太阳能与建筑一体化的定义、形式及其现在的应用情况,反映了其在建筑取暖和空调应用中对传统能源的可替代性,新技术中体现出了它的利用前途广阔。
关键词:太阳能与建筑一体化热水系统采暖工程制冷工程新技术系统
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础,生产发达的国家都是以雄厚的能源工业为支柱的。
目前,全世界每年消耗的能源总共约折合1.2亿吨标准煤,其中以石油、天然气和煤为大宗。
这对于化石燃料做为宝贵的化学原料来说是极大的浪费。
而且,据专家照目前情况估计,化石燃料的可利用储量还不到300年。
并且化石燃料引起的环境问题也在逐年突出,因此在当前发展新的技术,寻找新的、洁净的、可再生的能源来逐渐替换化石燃料,减少化石燃料的消耗十分迫切,意义十分重大。
在我国建筑能耗占全部能耗领域的1/3以上,因此将降低建筑能耗和新能源结合起来的研究是现代环境友好型社会建设的需要,也是造福人类的需要。
本文通过介绍太阳能与建筑的一体化研究和技术的应用,充分说明了一体化的优势和可执行性。
1 太阳能与建筑一体化的定义及形式
太阳能与建筑一体化是将太阳能的利用纳入工程的总体设计中,使太阳能设施和建筑融为一体,最终将建筑、太阳能技术和建筑美学融为一体。
具体实施方法是把太阳能做为建材和建筑能源消耗材料、能源的一部分,为建筑内部提供电能、热能、冷气等能源,实现太阳能综合利用系统与建筑真正的融为一体。
1.1 屋顶一体化
太阳能屋顶一体化技术应用已经成熟,其主要是将太阳能电池板做成屋面板或瓦的形式覆盖在平顶屋或坡屋顶的整个屋面,也可以覆盖部分屋面与建筑的结合形式,具有更高的灵活性。
太阳能电池板在房屋上面兼做屋顶的遮阳板和隔热面,在太阳照射很强的时候,太阳能电池可以以高效率工作,而由于其的隔热性,可使屋内凉爽；在天冷的时候,太阳能电池板在安装时安装隔热层,使屋内能量散失减少。
而且,太阳能电池板拥有极好的防水性,当其和防水构造层结合使用时,对延长建筑寿命有很大帮助。
1.2 墙面一体化
目前墙面一体化的形式主要应用于光伏一体化建筑(BIPV)中,间接利用太阳能,通过太阳能电池元件发电,直接利用电能。
现在主要发电单元选择较多的是:幕墙玻璃电池元件和柔性电池元件。
有晶硅幕墙电池片的制作工艺成熟,且发电效率较高。
但是其视觉形态比较单一,表现手段较少。
而且其电池部位透光率为0,故一般
采用留缝方式排列,使屋内光线较为生硬。
非晶硅幕墙发电单元支持灵活的设计,他相当于现在的有色玻璃,在颜色透明度方面可选,因此,在建筑应用过程中可以由设计和施工人员进行合适选择。
此外,非晶硅拥有优异的弱光发电性,可以在有遮蔽的部位应用。
不过他的发电效率较低,故在一般应用中,有晶硅和无晶硅幕墙发电单元综合使用,这样既不会对室内采光有大的影响,同时又能拥有一定的发电效率。
此外,BIPV电池还有一种主要类型就是柔性电池,它采用薄不锈钢板或其他柔性材料作为基板,在其表面制作的光伏材料与基层共同作用成为一种较为柔软的太阳能电池,它的适应能力极强,可在其背面复合自粘性材料,使其便捷的粘贴到任何光滑硬质的表面,
1.3 光伏LED一体化
光伏LED主要应用为光伏LED多媒体动态幕墙和天幕。
现在光伏LED一体化模块的夹层由太阳电池和LED半导体的基板组成,可以放在幕墙、屋面边框内构成光电单元,集发电、照明多媒体、建筑节能等为一体,能源利用效率高,且有高的安全性、可靠性和经济性。
2 太阳能与建筑一体化的应用
2.1 太阳能热水系统
太阳能热水系统的形式包括:分散集热-分散供热水系统、集中集
热-分散供热水系统、集中集热-集中供热水系统。
在建筑一体化实现后,因为一体化的优势第一种几乎不会利用,故主要利用形式为第二、第三种方式。
在小区利用第二种方式结合现代管理系统由物业定量分配,超额后付费取水,既能为住户提供方便也可以防止浪费。
而在大型企业公共应用区域采取第三种方式,根据企业员工的时间集中使用性,即时有效的提供服务,这样可以达到太阳能的优势应用。
2.2 太阳能采暖工程
太阳能采暖分为被动式采暖和主动式采暖,单纯的被动式采暖是根据当地的气象条件,应用建筑材料的热效应吸收太阳辐射,以达到取暖的目的；主动式取暖则是利用集热器、蓄热器、管道、风机以及提升设备来收集、蓄存及输配太阳能的系统。
在太阳能与建筑一体化的系统中这两种方式则综合应用,将建筑材料和太阳能系统融合,再利用主动采暖设备在太阳光照充足的时候直接将加热的空气或水蒸气用来供暖；当太阳光照不足,热水温度不够时,将温水通过热泵提高温度,再进行供暖。
而且现代开发的太阳能地板辐射取暖系统是对较低水温的有效利用——因人长期站立的地方不可能有很高的温度,水温高时必需降温,这样利用太阳能地板使原来无法利用的温水供暖,既减少了辅助能源的消耗,也提高了太阳能系统的利用率。
2.3 太阳能制冷工程
太阳能制冷根据驱动制冷系统的方式可分为两种:一是先实现光
电转换,以电力制冷,一类是进行光热转换,再以热能制冷。
目前由于光电转换的价格比较昂贵,主要通过第二种方法制冷,而且第二种制冷的方式可以和现阶段已经发展成熟和广泛应用的太阳能采暖系统工程公用一套系统,只不过是加载一套热驱动制冷装置就可以融合。
在很大程度上来说太阳能建筑的优势也体现在制冷上,当需要冷气时往往是一年中最热的时候,而光电系统最大的优点就是与之匹配:天气越热,太阳辐射越好,系统制冷量越大。
这样对能源利用效率更好,更加节约常规能源。
3 新技术系统
现代太阳能在建筑中的应用主要是太阳能空调,集太阳能取暖、制冷为一体,加持新的技术。
(1)温、湿度独立调节空调系统。
夏季温度高、空气湿度大是南方地区的气候特点。
精确地控制湿度是舒适度的保证,也避免低温度在空调系统的金属器件上挂露,使系统寿命减短和发生电气事故。
这一设计既避免空调系统的过度除湿而造成的空调能耗浪费,又大量节省了空调运行能耗。
(2)制冷机房制冷机组的系统改造。
空调制冷系统耗电量占总的空调耗电量的80%左右,利用太阳能取暖的基础上进行技术革新,前期投资低,后期用电少,节能会达到一半以上。
(3)排气热(冷)及空调冷凝水回收。
应用非接触式热回收装置,回收房间内的热(冷)排气应用于新风系统的除湿和热交换,实现逸散能量的回收利用,减少外部热能消耗,减小了系统负荷,节省了能源。
在对系统的冷凝水在后期进行回收利用,大大减少了空调耗水。
4 结语
通过以上太阳能在建筑节能方面的应用介绍,我们知道建筑物用能是一个耗能大户,其中用于供热和空调就占了一半以上,太阳能在建筑上的应用必将使建筑能耗大大降低。
我国新兴能源产业发展规划确定在“十二五”内,我国政府将采取有效措施加大节能力度,提高传统能源清洁化利用水平,同时推进太阳能等新能源应用方面的规划和产业发展。
规划的实施,将累计直接增加投资5万亿元,每年增加产值1.5万亿元,这样会使建筑开发商、太阳能企业、设计单位、政府监管部门形成共识,使得太阳能系统与建筑统一规划、设计,同步施工,与建筑工程同时投入使用,从而实现太阳能与建筑的完美结合。
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